协变与逆变（out 和 in）

1. 泛型的不变性问题

在默认情况下，Kotlin 的泛型是不变的（invariant）。这意味着即使类型 B 是类型 A 的子类型，Generic<B> 也不是 Generic<A> 的子类型。例如：

class Box<T>(var item: T)

val stringBox: Box<String> = Box("Hello")
// 编译错误：类型不匹配
val anyBox: Box<Any> = stringBox

这种设计是为了保证类型安全，但限制了泛型的灵活性。

2. 协变（out）

协变（covariance）允许泛型类型参数在子类型关系中保持相同的方向。使用 out 关键字标记类型参数：

class Producer<out T>(private val item: T) {
    fun produce(): T = item
}

val stringProducer: Producer<String> = Producer("Kotlin")
// 合法：Producer<String> 是 Producer<Any> 的子类型
val anyProducer: Producer<Any> = stringProducer

关键规则：

  • out 表示类型参数只能作为输出（返回值）
  • 禁止作为函数参数（除了构造函数）

3. 逆变（in）

逆变（contravariance）允许泛型类型参数在子类型关系中反转方向。使用 in 关键字标记类型参数：

class Consumer<in T> {
    fun consume(item: T) {
        println("Consuming $item")
    }
}

val anyConsumer: Consumer<Any> = Consumer()
// 合法：Consumer<Any> 是 Consumer<String> 的子类型
val stringConsumer: Consumer<String> = anyConsumer

关键规则：

  • in 表示类型参数只能作为输入（函数参数）
  • 禁止作为返回值类型

4. 使用场景对比

特性关键字类型关系典型应用场景
协变outProducer<Cat> → Producer<Animal>生产者类（如集合读取）
逆变inComparator<Animal> → Comparator<Cat>消费者类（如比较器）

5. 类型投影（Use-site Variance）

当无法修改类声明时，可以在使用处指定型变：

fun copy(from: Array<out Any>, to: Array<Any>) { /*...*/ }

val ints: Array<Int> = arrayOf(1, 2, 3)
val any = Array<Any>(3) { "" }
copy(ints, any) // 允许协变

6. 星投影（Star Projection）

当类型参数未知时使用 *：

fun printItems(list: List<*>) {
    list.forEach { println(it) }
}

等价于 List<out Any?>，表示不确定具体类型但安全读取。

7. 实际应用示例

// 协变示例：Kotlin 的 List 接口
public interface List<out E> : Collection<E> {
    // 只有返回 E 的方法
}

// 逆变示例：Comparable 接口
public interface Comparable<in T> {
    operator fun compareTo(other: T): Int
}

最佳实践：优先考虑声明处型变（class Box<out T>），只有在无法修改类声明时才使用使用处型变（Box<out T>）。

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